独塔双索面混凝土斜拉桥换索施工（精选7篇）
篇1：独塔双索面混凝土斜拉桥换索施工
独塔双索面混凝土斜拉桥换索施工
广东省G325九江大桥斜拉桥是独塔双索面混凝土斜拉桥,1988年建成通车,共144根斜拉索,、和相继对拉索进行了更换.重点介绍独塔双索面斜拉桥换索施工技术.
作 者：黄劲 兰建雄 HUANG Jing LAN Jianxiong 作者单位：黄劲,HUANG Jing(广东华路交通科技有限公司,广州,510420)
兰建雄,LAN Jianxiong(广东省长大公路工程有限公司,广州,510620)
刊 名：广东公路交通英文刊名：GUANGDONG HIGHWAY COMMUNICATIONS年，卷(期)：“”(3)分类号：U448.27关键词：斜拉桥 换索工艺 索力调整
篇2：独塔双索面混凝土斜拉桥换索施工
独塔单索面斜拉桥单点平铰转体施工技术
对采用平面转盘,承重盘与平衡盘分离,阐述承重盘承受全部荷载的转盘形式进行独塔单索面斜拉桥水平转体施工,探讨在转铰设计、转盘制造、转盘安装、水平转体施工的几项重要参考数据.
作 者：刘洪德 LIU Hong-de 作者单位：中铁十八局集团第二工程有限公司,河北唐山,063030刊 名：石家庄铁路职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAY TECHNOLOGY年，卷(期)：8(3)分类号：U448.27关键词：斜拉桥 转盘 转体施工
篇3：独塔双索面混凝土斜拉桥换索施工
1 工程概况
涡河四桥位于安徽省怀远县城境内,桥梁总长566 m。主桥设计采用独塔斜拉桥,跨径为55 m+55 m,主桥箱梁为变截面预应力混凝土连续箱梁,采用单箱三室截面,梁高按照抛物线变化,荷载等级为公路Ⅰ级。主塔采用矩形钢筋混凝土桥塔,纵桥向宽3.4 m,横桥向宽2.0 m,最大塔高24.5 m,桥塔与主梁及桥墩采用固结连接,图1为主桥立面图,图2为主梁断面示意图。
2 本桥施工特点及控制对策分析
2.1 施工特点
主梁标准梁段最重节段为135 t,最高2.1 m,采用后支点挂篮施工,挂篮及模板重60 t,每个施工循环浇筑1个4 m长的节段。由于主梁标准节段重量不大,主梁跨度比较小,故混凝土一次浇筑完成。根据设计图及施工单位提供的施工方案,采用同济大学桥梁工程系开发的桥梁博士专业有限元程序,建立涡河四桥的施工过程仿真计算模型,其中全桥主梁采用预应力单元,塔、柱采用钢筋混凝土单元,斜拉索采用索单元。全桥计算模型如图3所示,施工控制模拟计算工况见表1。计算结果显示,施工过程中应力满足规范要求,同时由于主桥跨径小,主梁刚度相对较大,各梁段设计抛高较小,各梁段设计抛高值见表2。
2.2 施工控制对策
根据以上特点所制定的施工控制对策如下:
通过该桥的平面杆系施工过程仿真计算模型获取理论数据;对桥梁在施工过程的各个参数进行现场测量以获得实测数据;对理论数据和实测数据进行比较分析,进而进行参数识别工作,不断修正设计参数,使索力、标高的计算值与实测值之差不断缩小,从而使计算程序把握住目前的施工过程,进而预估将来的施工状况,达到施工控制的目的。
施工前期的参数识别工作最为关键,包括几个方面:1)对挂篮进行现场预压试验,以消除构件之间的空隙,同时为挂篮的模拟计算提供参考;2)在浇筑主梁的过程中,进行混凝土徐变系数测试试验,浇筑混凝土前后观测主梁最前端标高变化,为混凝土超放量的估算提供部分依据;3)挂篮移动前后观测主梁最前端标高变化,为混凝土弹性模量的估算提供部分数据;4)张拉斜拉索前后测量主梁最前端变形,结合其他数据估算索力误差。
施工过程中的观测变量为标高、索力、塔顶水平位移、主梁及塔身的局部温度场和应力场。误差修正的方式有索力和立模标高。此外,为了尽量消除日照的影响,挂篮定位最好选择在0点至日出前完成,也可采用相对标高控制来消除日照影响。为了提高参数估计的精度,需要对临时荷载的重量和摆放位置进行确切模拟,尽量减少杂物堆放。同时,为了掌握温差对合拢的影响,在合拢前需要对塔梁的变形进行24 h连续观测,以获得温差对主梁标高的影响,为合拢块标高预报提供依据。
3 控制目标
全桥控制的最终目标由设计单位通过索力优化的方法确定。施工控制的目标是使成桥后的线形与设计线形所有各点的误差均控制在±2 cm范围之内,且斜拉索索力与设计值的误差控制在5%范围之内。
4 结语
根据自适应控制理论及以往工程实践可知,斜拉桥施工控制只要能够及时准确地估计参数的实际值,达到理想的控制目标是完全可以做到的。
参考文献
[1]石雪飞,郑信光,张凯生.悬臂浇筑混凝土斜拉桥施工控制[J].桥梁建设,2001(5):78-79.
[2]陈德伟,郑信光,项海帆.混凝土斜拉桥的施工控制[J].土木工程学报,1993,26(1):89-90.
[3]顾瑞海,王吉吉.浅谈斜拉桥主塔的施工[J].山西建筑,2005,31(9):145-146.
[4]石雪飞.瓯江二桥施工控制的组织实施[A].中国公路学会桥梁与结构工程学会.1998年全国学术大会论文集[C].北京:人民交通出版社,1998.
篇4：独塔双索面混凝土斜拉桥换索施工
关键词：单索面;混凝土斜拉桥;前后支点组合式挂篮;性能
混凝土斜拉桥结构包括塔、梁主和斜拉索，其中斜拉索是桥梁跨的中间支撑，具有弹性，能够降低主梁截面弯矩，减轻主梁自重，提高跨越能力，同时斜拉索还能够增强主梁的承载力与抗裂能力。由于斜拉桥具有较理想的结构状态，因此比悬索桥更加抗风和抗震，稳定性更好。混凝土斜拉桥主梁的施工主要采用悬臂浇筑的挂篮施工。由于挂篮施工时，结构较为复杂，具有较多次数的超静定，并且斜拉索的位置与各部分尺寸要求精确，因此在施工中需要对各阶段的结构进行力学性能分析。
一、前支点挂篮与后支点挂篮
国内斜拉桥主梁施工的挂篮施工根据受力形式分为前支点、后支点两种，两种方式具有各自的优势与不足之处。
（一）前支点挂篮
前支点挂篮是利用待浇筑节段的斜拉索为前支点的，它与已浇筑完成节段上的锚固点构成了简支体系，挂篮平台和主要承重结构位于桥梁下面。前支点提供了前端的斜拉索作用，有利于减少已浇筑节段的施工应力，并调整混凝土节段无应力标高，便于施工控制。但是前支点挂篮的主桁布置受斜拉索位置的限制，尤其是单索面较宽的主梁斜拉桥，由于前支点斜拉索位于主梁中间，因此结构传力复杂，横向稳定性难设计，而横向高差的调整也比较困难，挂篮行走系统复杂。
（二）后支点挂篮
后支点挂篮则不需要前端斜拉索，只是依靠挂篮主体结构的刚度形成悬臂体系，挂篮底平台，混凝土浇筑在底平台上进行。后支点挂篮的结构较简单，行走方便，受力明确，因此在斜拉桥上广泛使用。但是后支点挂篮的自重与待浇筑混凝土的荷载对已浇筑完成的前一节段梁会产生较大的施工应力，并且在梁重量较重、悬臂较大的节段后支点挂篮设计不够经济。
二、前后支点组合式挂篮
前后支点组合式挂篮由重庆桥梁公司研究设计，并用于重庆双牌嘉陵江大桥施工。前后支点组合式挂篮具有一套前支点挂篮和两套后支点挂篮，前支点位于主梁中间，与单索面斜拉索的位置相对应，用于承担主梁中间与斜腹板的部分荷载，后支点挂篮位于主梁两侧，用于承担斜腹板和翼板的部分荷载。前、后支点的组合由后支点挂篮平台、前支点挂篮平台、后支点挂篮平台（挂篮底平台横向划分）三部分铰接连接而成。前后支点组合式挂篮与前支点挂篮、后支点挂篮相比其优点表现在以下几个方面。
首先，前支点挂篮两侧增设两套后支点挂篮，挂篮底平台拥有三个支撑点，横向稳定性增强;其次，两套后支点挂篮的前吊标高均可进行调整，避免了横向的标高差异与不平衡;再次，前支点与后支点挂篮之间受力相互协同，挂篮结构得到了优化，增强了长节段、宽主梁、大吨位和单索面的适应性，并且挂篮的自重得到了控制;最后，前支点与后支点挂篮平台采用铰接连接，翼板受力明确，不会因温度的变化受到影响，并且挂篮的装卸比较方便。但是这种组合式挂篮也存在一定的缺点，尽管采用铰接连接减轻了挂篮自重，但组合体系的横向刚度和横向整体性变差。
三、前后支点组合式挂篮性能研究——以重庆双牌嘉陵江大桥为例
重庆双牌嘉陵江大桥主桥标准节段长度7m，重量为461t，桥面宽32.5m，横向悬臂长约12m，由于节段较长、重量较大、宽桥面，因此桥型设计较为困难。为解决前、后支点施工中的不利因素，减少自重和材料浪费，避免锚点反力超过上限，重庆桥梁公司设计研究了前后支点组合式挂篮，并在重庆双牌嘉陵江大桥施工中应用。为了探明前后支点组合式挂篮的可行性，需要对其各项性能指标参数进行研究。本研究通过理论上的分析与试验掌握挂篮的性能能够更好的对该组合式挂篮进行掌握。这里对组合式挂篮进行空间应力的分析，采用的方法为有限元分析软件Midas Civil，通过挂篮三维模型的构建，进行理想约束与模拟施工，对挂篮在各个工况下的受力与变形情况进行分析。
（一）研究分析步骤：
第一步，参数设置。主梁混凝土强度为C50，预应力钢筋为φs15.24 的钢绞线，精轧螺纹钢筋为JL32的粗钢筋。
第二步，构件模型。采用有限元法求解需要从实际结构出发，在满足准确性的基础上，对结构进行合理的简化。简化的模型需要符合双牌嘉陵江大桥的实际结构受力，同时也要对重点部位进行突出。
第三步，划分悬臂浇筑挂篮施工工况。在理论计算中对浇筑调索工况划分依次为：空载、节段荷载施加25%、节段荷载施加50%、节段荷载施加50%并进行所里的调整、节段荷载施加75%、节段荷载施加100%;浇筑不调索工况依次为：空载、节段荷载施加25%、节段荷载施加50%、节段荷载施加75%、节段荷载施加100%。
第四步，对模型进行简化处理。主要包括单元处理、坐标系假定、边界约束、载荷简化、横向预拉架预拉力模拟。
（二）前后支点组合式挂篮刚度分析
对前后支点组合式挂篮刚度分析是通过对各工况下挂篮的位移变化来进行的，本研究中挂篮验算荷载取标准节段（节段数量最多）為挂篮计算的载荷取值，并进行标准节段载荷的划分并模拟，进而掌握挂篮的性能。调索在混凝土浇筑一半时进行，只调索一次，并与不调索进行对比。挂篮变形观测点共计9个点，均为变形最大截面。调索与不调索下各工况挂篮控制部位位移值见表1、表2。根据表1 和表2 的结果显示，在混凝土浇筑一半时调索，使前支点挂篮前端中间标高抬高了6mm，其余部位也相应抬高约6mm，由于混凝土索力的调整，重量朝上下游转移，后支点挂篮的最大挠量为3mm。当荷载增大到100%，前支点变形量最大为18mm，后支点为30mm。总体上来看，各点的位移变换量较小，无突变点，这有利于主梁线性控制。不进行调索前支点最大位移24mm、后支点最大位移32mm，当荷载为100%时，位移量与调索时一致;但是在荷载25%时存在后支点结合处的位移突变，位移量变化很大（4、5、6点），这主要是空载时挂篮下拉所所里较小造成的。
表1 调索下挂篮位移
工况
荷载施加
理论情况下的位移mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
空载
-24
-7
5
18
19
18
5
-7
-24
2
25%
-19
-11
-3
8
11
8
-3
-11
-19
3
50%
-24
-22
-17
1
5
1
-17
-19
-24
4
50%调索
-27
-22
-13
7
11
7
-13
-22
-27
5
75%
-21
-23
-18
-4
2
-4
-18
-23
-21
6
100%
-41
-32
-25
-5
1
-5
-25
-32
-41
表2 不調索下挂篮位移
工况
荷载施加
理论情况下的位移mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
空载
-27
-7
7
24
25
24
7
-7
-27
2
25%
-22
-11
1
-14
17
-14
1
-11
-22
3
50%
-27
-22
-15
7
11
7
-15
-19
-27
4
75%
-21
-23
-16
-4
2
-4
-16
-23
-21
5
100%
-40
-32
-25
-5
1
-5
-25
-32
-40
（三）前后支点组合式挂篮强度、反力分析
研究分析发现，调索与不调索两种情况下吊杆反力值基本相同，尽管初始情况下，弧形梁由于斜拉索的作用产生负值，这是预抬的作用效果。在荷载100%时，调索与不调索工况下中吊杆力值相同，这表明，在初始索力一致、荷载数相同的情况下，调索与不调索的吊杆受力情况相同，并且均在极限值之内，达到了设计的要求。而施加荷载100%时，挂篮的受力最大，对此时荷载的应力值进行计算，结果发现调索与不调索下挂篮主要构件的应力值相同，最大应力在后支点三角桁架主纵梁处，最大应力值为140MPa<345MPa，符合应力要求;最大应力在后支点三角桁架主纵梁外行走主梁吊杆处，最大应力值为127MPa<345MPa，符合应力要求.
（四）前后支点组合式挂篮的稳定性分析
结构稳定包括了分支点失稳与极值点失稳，实际工程中场出现极值点
篇5：独塔双索面混凝土斜拉桥换索施工
试验的主桥结构形式采用独塔单索面预应力混凝土斜拉桥,采用塔、梁、墩固结体系,跨径组成为76m+76m,总长152m。主梁为单箱五室斜腹板截面预应力混凝土结构,梁高2.5m,横隔板间距6m。主塔为独柱式钢与混凝土组合结构,外轮廓采用椭圆形截面,塔高51.6 m。斜拉索采用直径7mm的平行钢丝束斜拉索,全桥共36根,钢丝标准强度1860MPa。主墩采用花瓶式实体墩,其余桥墩均采用矩形截面实体墩。桥台采用桩接盖梁轻型桥台,基础均采用钻孔灌注桩基础。平面布置图见图1。
北侧主桥桥面宽35.0m,南侧主桥桥面宽26.50m,双向4车道,北侧桥面布置如下:0.25(栏杆)+4.0m(人、非混行道)+0.5m(防撞栏杆)+11.0m(机动车道)+3.50m(索区及绿化带)+11.0m(机动车道)+0.5m(防撞栏杆)+4.0m(人、非混行道)+0.25(栏杆)=35.0m。南侧主桥桥面无人行道。设计荷载:城市A级;人群荷载:4.0kN/m2。
在该桥通车前进行了荷载试验,以检验施工质量,确定工程的可靠性,并为竣工验收提供技术依据和验证桥跨结构设计的合理性。
2 静荷载试验主要内容及方法
2.1 控制截面
试验加载方式的确定主要根据设计荷载在主梁上产生的最不利弯矩效应值计算而得。根据该斜拉桥的受力分析结果,选取的关键控制截面如下:
(1)A截面(北边跨跨中)-车辆和人群荷载作用下最大正弯矩截面(北侧距离主塔中心线48m);
(2)B截面(南边跨跨中)-车辆荷载作用下最大正弯矩截面(南侧距离主塔中心线48m);
(3)C截面(主塔边)-车辆和人群荷载作用下桥墩最大负弯矩截面(北侧距主塔中心线4.65m)。
2.2 加载方案
静荷载试验按照动态规划法进行加载,根据桥梁的静力试验活载内力与设计活载内力之比不小于0.85且不大于1.05的原则确定。经计算确定试验最大需用30t载重车14辆(轴重:60kN+120kN+120kN),试验工况和具体内容如下:
工况1:北跨中最大正弯矩(中载),试验加载效率为0.89,试验加载车10辆;
工况2:北跨中最大正弯矩(偏载),试验加载效率为0.93,试验加载车12辆;
工况3:主塔附近截面最大负弯矩(中载),试验加载效率为0.86,试验加载车12辆;
工况4:主塔附近截面最大负弯矩(偏载)试验加载效率为0.89,试验加载车14辆;
工况5:南跨中最大正弯矩(中载),试验加载效率为1.0,试验加载车8辆;
工况6:南跨中最大正弯矩(偏载),试验加载效率为1.0,试验加载车8辆。
2.3 测试方法及测点布置
静力荷载工况下,主要测试主梁应力、挠度(或沉降)、斜拉索索力及增量和主塔偏位。沉降和应变均采用RS-QL06E桥梁及结构检测系统进行测试,挠度测量精度0.001mm,应变测量精度1με。主塔偏位测量采用全站仪施测三维坐标的方法进行测量。
在塔顶端布设一个监测点用于主塔偏位测量。由于现场工作条件的限制,索力测试选取S2(西)、S2′(西)、S6(东)、S6′(东)共4根拉索进行成桥后的索力增量测试,斜拉索编号见图2。
挠度(或沉降)测点沿斜拉桥的拉索两侧,分别在桥面两侧处布置,每个侧边设置9个测点,从南到北西测线编号依次为X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9,东测线编号依次为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9,主桥两侧共计18个挠度测点。
应力测点在主梁A-A、B-B截面底板下各安装6个应变传感器,进行最大拉应变测试;在主塔墩顶附近C-C的底板下安装6个应变传感器,进行压应变测试,测试成果按E=3.55×1010N/m2换算为相应应力值。
2.4 试验数据和分析
(1)索力测试成果和分析
选定的测点在各工况下的实测索力增量结果见图3。由图可见,在试验工况2、3下S2′索的索力变化最大,S2变化次之,靠近主塔的短索受力变化显著,受试验荷载影响最大;而长索在试验荷载时变化较小。沿顺桥向对称的S2、S2′和S6、S6′索在试验荷载作用下,非荷载作用跨的索力增量不为零,但变化较荷载作用跨小,即两侧索的索力变化不相等。
根据成桥后恒载作用下张拉索力结果,得出荷载试验时以上4根索的最大索力,结果见表1和图4,可见,测试索静载时的最大索力均在3000 kN以下,长索S6、S6′主要以恒载索力为主总的索力最大,而在试验荷载作用下变化显著的S2、S2′的索力相对较小在0.4σ(抗拉极限索力)以下,受疲劳应力影响较小。
(2)塔顶偏位测试成果和分析
实测塔顶偏位测试成果见表2,试验工况4下塔顶偏移最大为9.14mm,弹性偏移值为7.21mm,结构校验系数为0.95。塔顶偏位校验系数在0.66～0.95之间,主塔整体刚度较好。
(3)挠度测试成果和分析
表3、表4为主要测点挠度测试成果,由表可见:桥梁整体挠度的实测值与计算值的规律性较一致,其挠度校验系数主要介于0.69～0.99之间;除1个测点大于1.0,其余测点均在设计控制值之内,表明该桥目前状态良好。在工况2和工况4的偏载工况下,北边跨跨中偏载系数(同断面最大、最小挠度比值)分别为1.34和1.60,偏载效应非常明显。
从主要控制截面加、卸载挠度曲线图5～图10可以看出,连续箱梁结构在各工况试验荷载作用下的变形基本符合实际规律,所测的各测点的残余挠度基本小于20%,表明该桥整体处于弹性变形状态,刚度良好。
(4)应力测试成果和分析
根据实测应力值表5,各测点的应力值基本符合实际工况下桥梁应力的变化规律。所测的各测点的残余应力小于20%,表明所测的箱梁基本处于线弹性范围。桥体应力实测值与计算值的规律性较一致,应力校验系数主要介于0.69～0.88之间,除个别测点大于1.0,大部分均在设计控制值之内,说明该桥强度状况良好。
3 结 论
通过静载试验可知:
(1)结构在试验荷载作用下处于弹性受力状态,主梁、主塔的刚度性能良好,受力状况合理;主梁强度良好。
(2)斜拉索受力合理,具有较好的刚度;车辆荷载对靠近塔根的短索受力影响明显,而对长索受力影响较小,长索受力主要以恒载为主。
(3)桥跨结构的北边跨偏载效应明显,说明北边跨主梁的抗扭刚度相对偏弱。
(4)静力试验荷载作用下该桥的应力、挠度和索力均能满足规范要求,表明结构的实际承载能力能满足设计荷载要求。
参考文献
[1]JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].
[2]大跨径混凝土桥梁的试验方法[M].1982.
篇6：独塔双索面斜拉桥静载试验研究
1工程概况
南淝河大桥是合肥市繁华大道东延工程 ( 合肥段) 跨南淝河的一座特大型公路桥梁。南淝河大桥包括主桥、引桥, 桥梁全长764. 5米。
河大桥主桥跨径布置为 ( 120 + 160) m, 全长280m, 为独塔双索面塔梁墩固结体系斜拉桥。主梁为预应力混凝土双边箱梁断面, 主梁顶面宽44m, 底面宽27m, 主梁采用C55混凝土。主梁纵向钢束由顶板钢束、底板钢束和合拢钢束组成。部分箱梁顶板设置横向预应力钢束, 规格为3股钢绞线。
采用船帆型桥塔, 分别为钢筋混凝土主塔柱和钢副塔柱。主塔柱采用矩形断面, 主塔设置一道横梁, 采用箱型断面。桥梁总体布置图如图1。
2结构有限元分析
为了与静载实验结果进行比较, 对该斜拉桥的静力性能合理评估, 采用了有限元分析软件MIDAS /Civil对其进行建模, 模型如图2所示。 斜拉索采用桁架单元, 箱梁采用双梁体系, 主塔采用空间梁单元, 此模型较为准确的模拟斜拉桥主梁构件的截面和质量分布。
3静载试验概况
由桥梁结构分析软件Midas/Civil计算得出的活荷载弯矩和挠度包络图, 根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》 ( JTG/T J21 - 2011) 和 《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的规定, 并经过结构分析计算确定该桥的内力和挠度控制断面。
南淝河大桥主桥斜拉桥经分析确定了4个主要内力、2个主要挠度控制断面和1个塔顶位移, 共计七种工况, 各测试横断面的测点具体位置采用逐级加载。本次试验采用了40辆单车重30t的加载车, 共分14个工况进行加载实验。
达到以上目的, 必须保证试验荷载的加载效果, 加载效果由荷载效率系数进行控制。要求选择的基本试验荷载应对结构控制截面产生的荷载效应与设计的荷载效应相接近, 用静载试验效率系数来表达。
结构的承载能力和变形的性质与所受荷载的时间特性有关。因此, 必须正确选择加载程序, 才能够正确了解结构的承载能力和变形性质。
( 1) 车辆荷载加载分级的原则: 一是逐渐增加加载数量, 二是先上轻车再上重车, 三是加载车位于内力影响线的不同部位。静力试验荷载的加载分级主要依据加载车在某一加载试验项目对应的控制截面内力和变位影响面内纵横向位置的不同以及加载车数量的多少。一般按控制截面内力或变位的最不利效应值的一定比例进行加载。
( 2) 试验加载方式应根据理论计算结果以及逐级加载结构变形量来确定, 一般分为4 ~ 5级加载至最大荷载, 应进行逐级递卸至零荷载。 分级加载、分级卸载的目的就为了得结构试验荷载与变形的相关曲线, 同时也是防止加载意外损伤结构。
4静载试验结果分析
( 1) 结构总体变形。该斜拉桥的挠度在对称满载情况下, 上下游的最大挠度分别是0. 51m和0. 49m, 可以得出该桥梁整体刚度较大, 并且对称性良好; 在偏载满载作用下, 上下游的挠度分别为0. 42m和0. 33m, 竖向挠度值实测值与理论值较为接近。
在对称满载情况下, 主塔变形对称且协调, 南淝河两岸的顺桥向塔顶最大位移为0. 032m和0. 031m, 均符合规范要求; 侧桥向的塔顶最大位移为0. 102m和0. 101m。
结构总体变形可见, 该主梁的竖向位移以及塔顶位移增量和实验荷载增量近似呈线性变化, 说明该桥梁在试验荷载作用下处于弹性变化阶段。
( 2) 主梁控制横截面应力试验结果。在逐级加载时, 控制截面处的应力应变值会发生相应的变化, 根据现场表面应变计采集数据, 可以对该桥梁的运营状态以及结构稳定做出一定的评估。
对于斜拉桥重点是最不利截面位置的应力变化情况, 因此对于最大正弯矩处截面 ( A截面) 以及最大负弯矩处 ( B截面) 进行了试验, 采集相关数据分别如下表1所示。
5结论
由静载试验的实际结果与理论计算结果进行对比发现: 实际荷载作用下, 该桥结构变形对称, 受力状态与理论计算模型基本一致, 卸载后残余应变值较小, 说明该结构是处于弹性受力状态。试验截面测点的应变校验系数在0. 68 - 0. 74范围内, 梁体挠度结构校验系数在0. 58 - 0. 65范围内, 进而表明主梁结构的强度、竖向刚度符合设计要求。
本文研究成果对于箱梁斜拉桥结构的实验测点的合理布置, 结构优化设计提供了帮助, 为桥梁的监测以及后期的运营状态分析提供参考, 不足之处在于应该对于该类桥梁关键截面进行局部应力精细分析。
参考文献
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篇7：独塔双索面混凝土斜拉桥换索施工
随着整体现浇箱梁等结构的出现, 传统的荷载横向分布系数往往难以明确, 特别是单箱多室和多箱多室结构的出现和箱梁宽型化使问题更加复杂化。传统的初等梁理论分析不能反映箱梁扭转、翘曲、畸变和剪力滞效应, 特别是当有偏心荷载作用于箱梁时, 偏于作用力一侧各肋板的正、剪应力都将增大。在箱梁分析中, 原有的简化计算方法均采用先通过各种简化方法求得偏心荷载增大系数, 然后借助原有平面杆系程序进行计算分析的思路。然而在将空间问题平面化的过程中, 简化方法较多但各有缺点, 如将箱梁简化为数个工字梁后采用空间梁格法计算时, 存在横向刚度难以模拟和各工字梁质心高度不一致的问题, 而在设计中仅采用经验偏载系数1.15又太过笼统。
Midas是大型通用有限元软件, 范围从简单的线性静力计算到复杂的非线性分析。它提供了各种单元类型, 用来模拟工程中的各种结构和材料, 很适合对异型结构进行空间分析。
1 工程概况
宗湾子大桥比邻吴起县体育馆, 要求建设成为布局合理、造型新颖、美观大方的现代建筑, 既适应吴起建设新形势的发展, 又对吴起基础设施项目的建设起到促进作用。
该桥结构采用独塔双索面斜拉桥, 跨径布置30+78+35m, 总长143m, 为斜拉桥和连续梁的协作体系。桥宽24.5m, 只在桥塔处27m范围内变宽到26.5m, 在0号桥台处22m范围内变宽到20m。主梁采用预应力混凝土结构, 斜拉桥主跨采用构造简单、施工方便的双边肋截面, 梁高2m;边跨标准截面为单箱四室箱形截面, 梁高1.6m~2.5m。主塔采用钢筋混凝土结构, 桥面以上高31.619m, 主跨侧索距5m, 共36根, 边跨侧索距2.5m, 共16根。桥墩采用承台配钻孔灌注桩, 桥台采用薄壁式轻型桥台, 基础采用钻孔灌注桩。桥梁概貌如图1所示。设计荷载:公路-Ⅰ级。
2 有限元分析
桥梁为主跨78m独塔双索面矮塔斜拉桥, 采用Midas/Civil有限元软件建立空间仿真模型进行分析。将主梁、主塔、主墩、斜拉索分别采用不同单元形式进行模拟, 主塔和主墩采用实体单元、主梁采用空间板壳单元、斜拉索采用拉索单元 (只受拉, 不受压) 。塔梁、墩梁间均固结处理, 索梁、索塔间采用耦合处理, 全桥共划为节点5685个, 单元1514个。二期恒载作为节点荷载作用到桥面各节点上, 试验荷载采用平面荷载加载方式, 并考虑车轮实际着地面积的影响。
3 试验加载
为评定工程质量, 验证分析效果, 采用上文所建空间有限元模型进行荷载试验设计和对比分析, 测试主梁与主塔控制截面相应加载工况下的应力、主梁挠度、主梁纵漂、主塔偏位、斜拉索的索力增量, 以判断该桥梁结构力学性能是否满足设计要求。
为了分析该桥梁在试验荷载作用下的应变状况, 本次试验在主梁第1跨0.4L截面布置12个应变测点, 第2跨跨中截面布置10个应变测点, 第1号墩支点截面布置15个应变测点, 并在主塔塔底截面布置8个应变测点进行应变测试。此外, 采用全站仪进行塔顶水平位移测试, 采用索力测试仪进行斜拉索索力测试。应变片和机电百分表的具体位置和编号如图2所示 (限于篇幅仅示出第一跨0.4L及主塔塔底断面布置图) 。
结构计算中按公路-Ⅰ级及人群荷载3.5k N/m2最不利布载, 取控制截面最大弯矩作为试验加载截面的控制值。静力荷载试验工况及各试验加载截面的控制内力及加载效率见表1。
工况1、2:第1跨正弯矩最不利截面加中、偏载。
工况3、4:1号墩墩顶处负弯矩最不利截面加中、偏载。
工况5、6:第2跨正弯矩最不利截面加中、偏载。
工况7、8:主塔塔底弯矩最不利截面加中、偏载;
工况9:主塔塔顶水平位移最不利工况加偏载。
工况10:6号索索力最不利工况加偏载。
4 结果分析
利用桥梁专用程序MIDAS建立模型如图3所示。
工况1、2挠度测试结果如图4及图5所示。从挠度测试结果可见:主梁在荷载作用下各点的挠度实测值均小于计算值, 且小于规范限值L/600 (第1跨为50mm, 第2跨为130mm) 。工况1、2荷载作用下第1跨0.4L截面挠度校验系数均值分别为0.72和0.73。工况5、6荷载作用下第2跨跨中截面挠度校验系数均值分别为0.70和0.68, 相对残余变位均在20%之内。说明桥梁结构整体刚度较大, 受力状况良好, 同时证明本文的分析方法和仿真模型是和结构实际状况相吻合的, 是可行的。
图4工况1挠度比较图
应力测试数据表明:第1、2跨主梁正弯矩最不利截面、第1号墩顶主梁负弯矩最不利截面以及主塔塔底弯矩最不利截面各测点的应变实测值均小于计算值, 相对残余应变在20%之内;工况1、2荷载作用下第1跨0.4L截面应变校验系数均值分别为0.71和0.69;工况3、4荷载作用下1号墩顶截面应变校验系数均值分别为0.69和0.62;工况5、6荷载作用下第2跨跨中截面应变校验系数均值分别为0.58和0.61;工况7、8荷载作用下主塔塔底截面应变校验系数均值分别为0.59和0.60。各工况应变校验系数满足规范要求, 说明结构处于弹性工作范围, 且有一定的安全储备, 同时再次证明本文分析方法和模型的正确性。
篇幅所限, 仅列出部分应力测试结果如图6及图7所示。
主塔水平位移测点试验荷载作用下位移实测值与计算值的比较结果见表2。
动载试验是在各测试跨0.4L和0.6L截面附近桥面上安装传感器作为动载测点, 分别用单辆汽车以20km/h、30km/h、40km/h的速度跑过桥梁和在桥面上刹车对桥梁进行激振, 以安装在结构上的加速度传感器为响应, 测得振动曲线, 用分析软件分析其振动频率等参数。
本次试验用两种不同的方式对桥梁进行激振, 第一种是汽车在桥面上刹车, 第二种是汽车在桥面上直接跑过, 这两种方式有频带宽、激励强的特点。以安装在桥梁上的加速度传感器为响应, 测得的第一跨桥梁振动时域、自功率谱曲线及阻尼比结果见图9, 为传感器放置于第1、2跨所测得桥梁振动时域、自功率谱信号和阻尼比结果。
动力分析计算采用结构静、动载分析通用程序MIDAS软件, 理论一阶频域振型见图8。
频率实测值与理论值的比较结果及阻尼比见表3。
动载试验结果表明:实测的振动时域曲线符合矮塔斜拉桥的振动规律, 振动时域、频域曲线及阻尼比合理。实测的一阶频率均大于理论值, 阻尼比实测值在0.01~0.08之间, 说明目前该桥的整体刚度大于理论刚度, 满足设计要求。
5 斜拉索索力探讨
斜拉索索力常用的测试方法有预设压力传感器法、频率法、应变测试法等。在本项目中采用频率测试法进行监测, 用频率测试法对所有的斜拉索力进行测量, 以便及时掌握测试数据的准确可靠性。
频率法测量时应根据边界条件变化考虑实际两端锚杯、锚垫板、索导管以及锚固点的位置对斜拉索频率的影响, 并与张拉时油表读数及穿心式压力环值读数进行比较和修正, 从而保证频率法的测试精度。
为了能更准确地确定斜拉索的无应力长度值, 我监控组用模型模拟了成桥索力下拉索的垂度, 并结合实际进行修正。其无应力长度采用以下公式计算修正:
L—拉索无应力下料总长度;
L0—拉索的长度基数, 为锚点间空间长度;
ΔLe—成桥索力下拉索的弹性伸长修正值;
ΔLf—成桥索力下拉索的垂度修正值;
根据柔性索索力与频率的计算公式:
式中:W为拉索每延米的重力 (N/m) , L为拉索的计算长度 (m) , fn为第n阶自振频率 (S-1) , T为拉索的索力 (N) , n为拉索长度内的半波个数, g为重力加速度。
测点索力增量的实测值与试验荷载作用下测点索力增量的计算值的比较结果见表3。
数据表明全桥索力实测值较为均匀, 各索力实测值与设计索力值偏差普遍在±5%之内, 大桥两侧对应索力基本对称, 实测索力值均在安全范围内。
6 结语
(1) 本文采用空间梁单元、板壳单元和实体单元、拉索单元建立了独塔双索面矮塔斜拉桥空间仿真模型, 以宗湾子大桥为实例进行了分析验证。结果证明其分析结论可以满足工程实际需要, 精度较高, 分析方法简洁、直观、实用, 为此类桥梁的深入研究奠定了基础, 研究方法可供同行参考。
(2) 在试验荷载作用下, 主梁各工况各测点的挠度实测值均小于计算值, 挠度校验系数在0.68~0.73之间。各工况各测点的应变实测值均小于计算值, 应变校验系数在0.58~0.71之间。残余挠度及应变均较小, 表明大桥结构在静力荷载作用下处于弹性工作状态, 主梁与主塔的刚度满足设计要求。实测的振动时域曲线符合矮塔斜拉桥的振动规律, 振动时域、频域曲线及阻尼比合理。实测的一阶频率均大于理论值, 阻尼比实测值在0.01~0.08之间, 说明目前该桥的整体刚度大于理论刚度, 满足设计要求。
(3) 大桥斜拉索在试验荷载作用下, 索力实测增量值小于计算值, 斜拉索的工作状态满足设计要求, 且有一定的安全储备。同时成桥状态全桥索力实测值较为均匀, 各索力实测值与设计索力值偏差普遍在±5%之内, 大桥两侧对应索力基本对称, 实测索力值均在安全范围内。
摘要：独塔双索面矮塔斜拉桥是随着交通事业的发展在近年出现的新型结构形式, 其结构体系复杂, 兼有斜拉桥和连续梁的特点。以一座主跨78m独塔双索面矮塔斜拉桥为例, 建立了空间仿真模型, 进行了荷载试验分析对比, 对静载工况下的主梁挠度、主梁纵漂、主塔塔顶偏位、斜拉索索力增量、主梁与主塔控制应力和动载工况下大桥自振特性进行了研究, 得出了一些结论, 可为此类桥梁的竣工验收和深入研究提供参考。
关键词：桥梁工程,空间仿真,矮塔斜拉桥,独塔双索面
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